例談初中物理學習中前概念的糾正

唐紅兵

學生對生活周邊的物理現(xiàn)象和過程有豐富的經(jīng)驗性認識，這就是有關物理學習的前概念.前概念屬于一種具有個體性和隱蔽性的認知圖式，一般的教學活動，如果僅止于灌輸新的知識，學生很少能主動認識到自已原有的錯誤前概念.長久之后，學生原本的前概念和物理所學攪和在一起，導致學生認知結構上的混亂，從而使得學生無法形成正確的科學認知體系.某些錯誤的前概念，嚴重干擾了學生正確認知的構建，阻礙課堂教學效率的提升.怎樣減弱前概念的負面影響？筆者以《物體的浮與沉》一課教學為例談談對此問題的思考.

一、創(chuàng)設生活化實驗情境，喚醒學生的前概念認知

初中物理教學過程中利用恰當手段喚醒學生塵封記憶中的前概念，并自主從中篩選出錯誤的認識，在自我反思中將其界定為主觀錯誤，這能有效強化學生對物理概念和規(guī)律的理解.此外，由于學生的大多數(shù)前概念源于對自然現(xiàn)象和生活經(jīng)驗的總結，教師有意識地設計富有生活化的物理實驗，引導學生進行操作、觀察和分析，生動的情境能有效激起學生心理上的共鳴，引起他們的探究欲望和學習興趣.

例如在《物理的浮與沉》一課的教學過程中，筆者有選擇性地準備了兩塊石頭：

（1）一塊體積較小但密度較大的鵝卵石；（2）一塊為體積較大但密度較小的凝灰?guī)r.

實驗1：筆者手持兩塊石頭，將他們完全浸沒在水槽中，讓學生猜想松手后會出現(xiàn)什么情況.學生結合以往的生活經(jīng)驗推斷：兩塊石頭都會下沉.

實驗2：筆者繼續(xù)實驗，放開雙手，體積較小的石塊下沉了，而體積較大的石塊上浮了，學生對這一現(xiàn)象感覺驚訝.

提出問題1：“如何解釋上述實驗中體積較大的石塊的上浮原因？”

學生：“由阿基米德原理可知，體積更大的物體在水中排開體積較大，上述實驗中體積大的石塊所受浮力更大，因此上浮.”

借此，學生形成第一個認知：物體所受浮力大，因此上浮.

實驗3：筆者將兩塊石頭撈出來，讓學生自己來掂量一下他們的重力.

學生發(fā)現(xiàn)：學生比較之后發(fā)現(xiàn)凝灰?guī)r比鵝卵石輕.

繼續(xù)提出問題2：“如何解釋體積更小的鵝卵石發(fā)生下沉？”

學生：“因為鵝卵石的重力更大.”

此時，學生形成第二個認知：物體所受重力大，則會下沉.

這樣一來，這樣學生潛藏在記憶深處的前概念被實驗現(xiàn)象徹底激活，完全暴露出來.

繼續(xù)演示實驗4：將體積較大的鋼球和體積較小的木球同時放入水槽中，結果體積較大的鋼球下沉了——表明即使浮力大，物體也有可能下沉；將質(zhì)量較小的鋼球和質(zhì)量更大的木球放在天平上，給學生先入為主的重力對比，將二者投入水中，質(zhì)量更大的木球上浮了——表明即使重力大，物體也有可能上浮.

兩項結論對比，物體的上浮或下沉不能只看重重力或浮力中的某一項，學生的認知沖突正在發(fā)酵，前概念開始動搖.

二、安排開放性探究實驗，引起學生初步形成認知

學生前概念是在學生對所見所聞所感中自主構建而成.如何引導學生逐漸形成構建認知的正確方法呢？如何激起學生的反思，認識錯誤前概念生成的原因？這些問題如果只是依賴教師的說教是不能動搖其根基的.

教學經(jīng)驗證明，取材于生活的實驗設計，簡截了當?shù)膯栴}啟發(fā)，能夠引領學生沿著正確思路來思考問題、實驗操作以及協(xié)作溝通，而且富有啟發(fā)性的問題和層層深入的實驗也會降低認識的難度，有助于提升學生的學習興趣和探究動力，進而指引學生進一步糾正錯誤的前概念，重構認知.

例如《物理的浮與沉》的實驗設計中，筆者在引導學生探究不同的物體浸沒水中的運動情形時，選擇了具有生活氣息的實驗器材：蘋果、乒乓球、橡皮泥、鐵釘、塑料礦泉水瓶（裝有沙子），學生對此類器材會倍感親切.

在學生圍繞器材的浮沉場景進行思考和猜測的前提下，筆者給出探究任務.

任務1：怎樣可使原本漂浮的物體下沉？

任務2：怎樣可使原本下沉的物體發(fā)生上??？

任務一經(jīng)給出，學生開始積極地討論，并在實驗操作中不斷地嘗試，最后得到一一組結論：在蘋果上釘上足夠的鐵釘，原本漂浮狀態(tài)的蘋果會下沉；在乒乓球上鉆個孔，讓水灌進去，漂浮狀的乒乓球也會下沉；將橡皮泥捏成碗的形狀，可使原本下沉的它呈現(xiàn)為漂浮狀態(tài)；將塑料瓶中的沙子減小到一定程度，原本下沉的瓶子也會上浮等等.筆者讓學生對自己的方法進行展示交流后，啟發(fā)學生思考浮沉條件的本質(zhì)因素.學生得出結論：浮沉現(xiàn)象的發(fā)生應該由重力和浮力一起決定.

筆者又將一套課前準備好的實驗器材呈現(xiàn)給學生：懸浮在鹽水中的雞蛋，藉此讓學生認識懸浮狀態(tài)，并讓學生對其進行受力分析，總結懸浮條件：重力和浮力的二力平衡；進而引導學生分析如果兩個力不平衡會分別發(fā)生什么情形，學生很快得出結論：如果重力大于浮力，物體會發(fā)生下沉，如果重力小于浮力，則物體發(fā)生上?。挥懻摰酱诉€沒有結束，筆者繼續(xù)提問：上浮最終情形會是什么狀態(tài)呢？那個狀態(tài)下受力又有何特點？學生討論并回答：上浮到水面為漂浮狀態(tài)，因為有部分露出水面，則導致其排水量減少，浮力減小到與重力實現(xiàn)二力平衡，這一點與懸浮狀態(tài)相似.

上述過程中，學生因為個體思考角度的差異，會從不同角度來完成實驗操作.筆者將他們的思路進行匯總后發(fā)現(xiàn)，他們要么調(diào)整物體所受浮力，要么在調(diào)整物體的重力.筆者讓學生將自我思路進行展示的過程，其實也正是將兩種方法顯性化對比呈現(xiàn)給學生，讓學生自我反思前概念構建的片面性，從而形成浮沉條件正確認識的本質(zhì)——完整的受力分析.

綜上所述，本節(jié)課的教學中，筆者從學生的前概念認知特點出發(fā)，先依托生活化的實驗情境，引導學生認識浮沉現(xiàn)象的影響因素；再通過開放式的實驗探究，引導學生定性確定浮沉現(xiàn)象的受力特點并形成猜想；最后引導學生通過定量實驗，驗證猜想，讓學生按照他們習慣的思路來糾正前概念的錯誤，形成新的認知.